《第二章核衰变概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章核衰变概要（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 核 转 变,核衰变 定义： 原子序数很高的重核，他们的核不稳定，会自发的放出射线，变成另一种元素的原子核 哪些核不稳定呢？,根据核内质子数和中子数的奇偶性，偶偶核最稳定，稳定核素最多，其次是偶奇核和奇偶核，而奇奇核最不稳定（仅有四种稳定核：2H、6Li、10B、14N），稳定核素最少。,核衰变过程遵守电荷、质量、能量、动量和核子数守恒定律,第一节 放射性核素衰变类型 衰变 衰变 衰变和内转换,一、 衰变,定义 质量数A209的重核发射粒子后，变为质量数A值较低的原子核 粒子是氦核,衰变过程可写成：,子核比母核质量数少4， 质子数少2,Pu的衰变图,二、衰变 定义： 一种核自发的变成另外
2、一种核，其质量数A保持不变，而原子序数Z在元素周期表中向前或后移1个位置。 分类： -衰变 +衰变 电子俘获,（一）-衰变 定义 由母核放出-射线（负电子）的一种衰变 子核比母核质量数相等，质子数多1,实例,实质-母核的一个中子释放负电子转变为质子,衰变 定义 放射元素放射 粒子（正电子）后，转变为原子序数减去1的另一个原子核。,子核比母核质量数相等，质子数少1,实例,实质-母核的质子释放一个正电子转变为中子,电子俘获,定义 原子核俘获核外电子，使核内的一个质子变为一个中子，电荷数变为Z-l 多为K电子俘获,子核比母核质量数相等，质子数少1,实例,实质-母核的质子得到一个壳层电子转化为中子,三
3、、衰变和内转换,衰变,定义 和衰变后的子核大部分处于激发态，并以射线的形式释放能量，跃迁到较低的能态或基态，这种跃迁叫衰变,在核医学中使用的60Co(钴)、99mTc (锝)等放射源均有和射线发射,内转换,定义 处于激发态的原子核由激发态回到基态时，把全部能量交给核外电子，使其脱离原子的束缚而成为自由电子，这一过程叫内转换 发射的电子叫内转换电子,总结 激发态原子核的能量,以形式释放-衰变,传递给核外电子-内转换,习题见 P37思考题的1 2,第二节 原子核的衰变规律 一、衰变规律 衰变常数 半衰期 平均寿命 放射性活度,如果在短时间dt内，有dN个核改变，从统计的观点,改变率dN/dt 必定
4、与当时存在的总原子核数N成正比，即 -dN=Ndt,负号表示放射性核数N随时间t的增加而减少。 为衰变常数，反映放射性核素随时间衰变的快慢。,对上式进行积分，便可得到,(一)衰变常数 由上式可知衰变常数为,值反映单位时间内衰变的原子核数比例，因而它是描写放射物放射衰变快慢的一个物理量，单位用秒-1(s-1),(二)半衰期T,对于某种特定能态的放射核，核的数量因发生自发核衰变而减少到原来核数一半所需的时间称为半衰期，用T1/2表示。 它是表征放射性核自发衰变快慢的另一参数。 单位用年(a)、天(d)、小时(h)、分(min)、秒(s)表示。 不同的放射性核素半衰期的差别可能很大，例如天然铀中的2
5、38U核素，其半衰期为4.47109a；而核素132I的半衰期为2.28h。,当t=T，N=N02代人后，得T和的关系为,经过一个T后，其放射性核素衰减到原来的12，两个T后衰减到原来的14，依此类推，经过n个T后，将衰减到原来的（1/2）n ，这样就得到,（三）平均寿命 ,也是一个反映放射性核素衰变快慢的，不过它具体反映的是某种放射性核平均存在的时间，单位是秒(s)。,(四)放射性活度 常用单位时间内衰变的原子核数来表示放射性强度，或叫放射性活度，用A表示,A0=N0，为t=0时刻的放射性活度。 若某时刻母核数为N，则该时刻的放射性活度为A=N。,-dN=Ndt,(四)放射性活度,放射性活度
6、的单位是贝可勒尔，简称贝可，符号Bq。 1Bq=1衰变秒-1 放射性活度专用单位用居里(Ci)表示。 1Ci3.71010Bq 1Bq2.70310-11Ci,例,一台60Co治疗机源初装时活度为111TBq，使用5年后源的活度还剩多少？已知60Co的T1/2为5.27a 已知A0=111TBq，T1/2=5.27a，t=5a,习题见 P27的思考题3 4 5,放射系：由某一个最初的放射性核素递次衰变而产生一系列放射性核素，构成放射族 由三个天然放射性衰变系组成，即钍系，铀系，锕系,共同特点 起始都是长寿命元素，寿命大于或接近地球 中间产物都有放射性气体氡。并有放射性淀质生成 最后都生成稳定的
7、核数,二、放射平衡,钍系4n系,铀系4n+2系,4n表示系中各核素的质量数为4的倍数 其起始元素是 通过一系列衰变最后生成208Pb(稳定),表示系中各核素的质量数为4的倍数+2 其起始元素是 通过一系列衰变最后生成206Pb(稳定),锕系4n+3系,表示衰变系中各核素的质量数为4的倍数+3 其起始元素是235U通过一系列衰变最后生成207Pb(稳定),镎系4n+1系,表示衰变系中各核素的质量数为4的倍数+1 其起始元素是237Np通过一系列衰变最后生成209Bi(稳定) 此系非天然放射性，在40年代，已通过各种核反应方法合成了这一放射系的所有成员。其衰变子体中无放射性气体氡（Rn）,放射系（
8、族）,假设:,A,B,C,二、放射平衡,即:,(1)母体 Tm子体 Tz,达平衡所需t约为Tz的几倍,稳态平衡,(2)母体 T m子体 Tz几倍,暂态平衡,(3)母体 T m子体 Tz,第三节 医用放射性核素的生产与制备,一、放射治疗常用放射性核素及其生产,核反应堆上制备放射性核素的方法主要有两种：,（1）通过反应堆产生的中子流照射靶子物，直接生产或通过简单处理生产放射性核素，即（n，）法； （2）从辐照后的235U等易裂变材料产生的裂变产物中分离，即（n，f）法。,1.核反应堆中子照射生产-用反应堆的中子轰击稳定性核素是获取人工放射性核素的主要方法,主要的核反应类型有（n，）反应 （n，p）
9、反应 （n，）反应 （n，f）反应 （n，2n）反应 多次中子俘获,（n, ）反应-,（n, ）是生产放射性核素最重要、最常用的核反应 通过（n, ）反应，再经核衰变生成所需要的放射性核素,（n, f）反应,235U等易裂变核素俘获中子发生（n, f）反应，生成数百种裂变元素，因此裂变产物的组成相当复杂,（n, p）反应,要求中子有较高能量，一般由快中子诱发。 适于制备原子序数较低的放射性核素，如14C、32P、58Co等。,（n, ）反应,利用（n, ）反应也可以生产无载体放射性核素。用富集的6Li生产氚就是采用了该核反应方式，即6Li（n, ）3H。,放射性核素生产要求反应堆提供的条件,一
10、般51013cm-2s-1以上，特殊要求在11015cm-2s-1以上,多达数十个的辐照孔道,依据生产放射性核素半衰期的长短设置不同的运行方式,干孔道采用空气冷却靶件，湿孔道采用纯净水冷却靶件,反应堆生产的一些重要放射性核素,98Mo（n，）99Mo -，,124Xe（n，）125Xe ,130Te（n，）131Te ,2. 从裂变产物中分离和提取放射性核素,裂变核反应,图2-7 中子引发的铀核裂变示意图,裂变产物分离,离子交换分离,溶剂萃取分离,萃取色层分离,沉淀分离法,其它方法,选择性好，回收率高、易于实现自动化操作、易于放射性屏蔽,简便、快速、选择性高、易于连续操作和远距离控制,对于性质
11、相似的元素的分离更能显示其优越性,操作繁杂、程序冗长、回收率和去污率较低,超临界流体萃取法和采用离子液体为萃取介质的方法,IRE裂变同位素99Mo、131I、133Xe分离流程图,纯化流程图,二、核医学常用放射性核素及其生产 1.放射性核素发生器 从长半衰期母体核素中分离出短半衰期子体核素的分离装置,99Mo-99mTc发生器,母体核素99Mo以99MoO42-的形式吸附在Al2O3柱上，然后用0.9NaCl等洗脱液将高价（7）的99mTc以99mTcO4-的形式洗脱下来，而母体仍留在发生器内。,2.回旋加速器生产,加速器主要由三个部分组成： 离子源 用于提供所需加速的电子、正电子、质子、反质
12、子以及重离子等粒子； 真空加速系统 该系统中有一定形态的加速电场，为了使粒子在不受空气分子散射的条件下加速，整个系统放在真空度极高的真空室内； 导引、聚焦系统 用一定形态的电磁场来引导并约束被加速的粒子束，使之沿预定轨道接受电场的加速。,衡量一个加速器的性能的指标有两个 粒子所能达到的能量 粒子流的强度（流强） 加速器按其作用原理不同可分为静电加速器、直线加速器、回旋加速器、电子感应加速器、同步回旋加速器、对撞机等。,回旋加速器,回旋加速器示意图,回旋加速器是利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。,2019/10/19,核技术应用,48,直线加速器,直线加速器是利用沿
13、直线轨道分布的高频电场加速电子、质子和重粒子的装置。,Linac Coherent Light Source,2019/10/19,核技术应用,50,加速器生产放射性核素的特点,适于制备轻元素的放射性核素如11C、13N、15O和18F等。 所生成的放射性核素都是贫中子的核素。 加速器生产的放射性核素，一般与靶核不是同一元素，故易于用化学分离，制得高比活度或无载体的放射性核素。,加速器生产放射性核素也有一些缺点 大部分核素的生产能力要比反应堆生产小得多，生产成本高 制备靶及靶子冷却技术难度大 较短的半衰期使它的使用范围（时间、空间）受到限制。,第四节 放射性核素的临床应用,一、放射性核素在肿瘤
14、放射治疗中的应用 1.131I治疗,手术：复发率低，并发症多。费用贵。很少采用 内科：疗效肯定、安全、很少引起持久性甲低；疗程长、易复发、过敏反应 131I： 疗效好、简便安全、并发症少、费用低；永久性甲低 美国甲状腺协会（ATA）调查：首选131I治疗者占69，抗甲状腺药物治疗30，外科治疗仅1,甲亢治疗之优缺点,甲亢131I治疗之原理,选择性摄取131I :碘是合成甲状腺激素的原料之一,甲状腺滤泡细胞通过钠/碘转运体(NIS)摄取131I ；Graves甲亢患者甲状腺摄取131I超过正常 131I在甲状腺的有效半衰期平均为3.5-4.5d 131I 发射射线在组织中的射程平均1mm，最长2.2mm，既能破坏甲状腺组织，而对甲状腺周围组织影响小 甲状腺组织可以受到131I 射线的交叉火力照射而遭破坏，使甲状腺激素生成减少，甲亢缓解或治愈,2.32P治疗 半衰期14.28天，只发射负电子，射程3.2mm，用 于恶性肿瘤骨转移 3.198Au治疗 半衰期2.69天，射程3.9mm，常用于腔内血管瘤、 恶性肿瘤 4.60Co治疗 能量较大，常治疗深部肿瘤，如颅脑肿瘤,5.放射免疫治疗,肿瘤抗原,放射性核素抗体,二、放射性核素在核医学检查中的应用 （一）示踪诊断 1.直接探测 2.外标本测量 3.放射自显影,（二）核素成像 （1）伽马相机,（2）SPECT,（3）PET,
